(57)【要約】【技術課題】  熱可塑性樹脂（プラスチック）成形品と熱可塑性樹脂製被固定物とを溶着チップを用いて固定した際に、被固定物が回転したり、ガタついたりせず、カシメ強度が安定したカシメ部を形成することができる溶着チップ及び熱溶着装置を提供する。【解決手段】溶着チップ２１の当接面２２の周囲に先端が鋭利な山形形状の突起部２３を形成すると共に、この突起部２３の外側に樹脂溜り２７を設ける。溶着ボス６２に当接面２２の凹部２５を押し当ててカシメ部を形成する時、突起部２３を被固定物５１に突き刺し、この突き刺さった部分の内側の溶融した樹脂と溶着ボス６２側の溶融樹脂とを融合させる。これにより、被固定物５１が回転したり、ガタついたりせず、カシメ強度を高めることができる。更に、突起部２３の外側で溶融した樹脂を樹脂溜り２４内に収容して溶着チップ２１の側面に付着するのを防ぐことができる。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱可塑性樹脂成形品側に形成された溶着ボスを熱可塑性樹脂製被固定物側に形成された固定孔に通し、この固定孔から突き出た溶着ボスの先端側に溶着チップの先端面に形成した凹状の当接面を押し当てて溶着ボスが固定孔から突き出た部分を加熱溶融して固定孔の直径より大きい直径を持つカシメ部を形成することにより、成形品に被固定物を固定する際に用いられる溶着チップにおいて、前記当接面を正面側から見たときの輪郭を断面山形に形成してこの山形の輪郭の部分を突起部となし、且つこの突起部の外周に沿って形成された稜線の外側を樹脂溜りとなしたことを特徴とする溶着チップ。
【請求項２】
突起部がリング状であることを特徴とする請求項１記載の溶着チップ。
【請求項３】
溶着チップの当接面の底部に溶着ボスの先端が収まる底面段部を形成したことを特徴とする請求項１記載の溶着チップ。
【請求項４】
溶着チップは電気的抵抗により発熱する抵抗発熱体であることを特徴とする請求項１記載の溶着チップ。
【請求項５】
請求項１記載の溶着チップを用い、前記溶着チップを取り付けた昇降部の降下位置を予め設定して、溶着チップが下降した時に、その突起部を被固定物の表面に食い込ませてこの食い込みの作用で被固定物側の一部を溶融し、この溶融した樹脂のうち、突起部の内側の樹脂は溶着ボス側の溶融した樹脂と融合させ、突起部の外側の溶融した樹脂は樹脂溜り内に移動させて収容するように構成したことを特徴とする熱溶着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、熱可塑性樹脂（プラスチック）成形品と熱可塑性樹脂製被固定物とを固定する際に、熱可塑性樹脂成形品の一部に溶着ボスと称される変形部を形成し、この変形部を熱で変形又は溶融することにより、成形品に被固定物をカシメ止めする熱可塑性樹脂成形品の熱溶着に用いられる溶着チップ及び熱溶着装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、熱可塑性樹脂製成形品（以下「成形品」と称す）へ熱可塑性樹脂製被固定物（以下「被固定物」と称す）を固定（溶着）する時、成形品側に形成された溶着ボスを被固定物側に形成された固定孔に通し、この固定孔から突き出た溶着ボスの先端側を加熱体の当接面に形成された凹部により加熱溶融して固定孔の直径より大きい直径を持つ膨大部を形成して溶着固定（カシメ）する溶着方法が一般的に用いられている。
そして、前記加熱体には、ヒーター（熱源）により加熱された熱棒や、電圧を印加し、ジュール熱で発熱させる抵抗発熱体からなる溶着チップなど様々なタイプがある。
本発明は、後者の溶着チップに関するもので、この溶着チップとしては、次のような構成のものが開示されている。
【０００３】
【特許文献１】特公平０４−０１９０１６号公報  この特許文献１に示された熱溶チップは、図９に示すように、先端の当接面を凹曲面とした抵抗発熱体（溶着チップ）、電線（電極），冷却用エアーパイプ，及び前記冷却用パイプを固定する支持部材からなり、抵抗発熱体と電線は溶接等で電気的に接続した後、その周囲を溶融した樹脂製のカバーにて包含し、その後固化させることにより抵抗発熱体、電線，冷却用エアーパイプを一体とした構成である。  溶着方法としては、溶着チップの当接面を溶着ボスに押し当て、加熱、溶融する。その後冷却用エアーパイプから冷却エアーを吹きかけて当接面を冷却することにより溶着ボスの溶融部を固化した後、溶着チップを引き離し、溶着を完了すると云うものである。  しかし、この溶着チップを用いた溶着状態では、溶着ボスのカシメ部で成形品と被固定物を押えるようにして固定しているだけで、相互に融合して一体化していないため、わずかな隙間によるガタツキや、場合によっては溶着ボスを支点として被固定物側が回転してしまう場合がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記説明したように、従来の溶着チップについては、次のような問題点がある。
１．特許文献１にあっては、膨大部（カシメ部）と被固定物とは一体結合されていないため、被固定物が回転したりガタつきが生じたりする場合がある。
２．特許文献１にあっては、溶着ボスを溶融して押し潰した時に、溶着チップの先端と被固定物との隙間から、溶融した樹脂が外にはみ出し、これが溶着チップの側面に付着してチップの離脱を容易に行うことが出来なかったり、無理して離脱させることにより溶着部が白化したり、クラックが発生したりする場合がある。
３．特許文献１にあっては、溶着チップの当接面が半円球状のお椀形であるため、溶着チップの熱が溶着ボスの中心部まで伝わらず、溶融が充分に行われない。従って、溶融により成形された膨大部の樹脂の状態が不均一になり強度的にバラツキが出る。
本発明は、溶着チップにおいて、上記した１〜３の課題の解決を図るのが目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明においては、熱溶着装置において、熱可塑性樹脂成形品側に形成された溶着ボスを熱可塑性樹脂製被固定物側に形成された固定孔に通し、この固定孔から突き出た溶着ボスの先端側に溶着チップの先端面に形成した凹状の当接面を押し当てて溶着ボスが固定孔から突き出た部分を加熱溶融して固定孔の直径より大きい直径を持つカシメ部を形成することにより、成形品に被固定物を固定する際に用いられる溶着チップにおいて、前記当接面を正面側から見たときの輪郭を断面山形に形成してこの山形の輪郭の部分を突起部となし、且つこの突起部の外周に沿って形成された稜線の外側を樹脂溜りとなしたことを特徴とするものである。
このように、溶着チップの当接面に先端が鋭利な突起部を設けたことにより、溶着チップが発熱し溶着ボスを溶融しながら押しつけた時、突起部が被固定物を溶融しながら食い込むことができる。従って、溶着ボスの溶融樹脂と被固定物の溶融樹脂が凹部の中で融合することが出来る。従って融合部が固化することにより一体になった結合部を得ることが出来る。
【０００６】
更に請求項２に記載の発明については、突起部がリング状であることを特徴とするものである。
従って、突起がリング状であるため、膨大部の全周囲に溶融ボスの溶融樹脂と被固定物の溶融樹脂との融合部を形成することができ、溶融強度がより向上する。
【０００７】
更に請求項３に記載の発明については、溶着チップの当接面の底部に溶着ボスの先端が収まる底面段部を形成したことを特徴とするものである。
つまり、溶融ボスの先端において、溶着チップ内径が小さいため、溶着チップの熱が損失なく溶着ボスに伝えられ、その結果、十分な溶融状態が得られる。
【０００８】
更に請求項４に記載の発明については、溶着チップは電気的抵抗により発熱する抵抗発熱体であることを特徴とするものである。
溶着チップに抵抗発熱体を用いたため、瞬時に温度を上昇することができ、また、温度制御も容易にできる効果が得られる。
【０００９】
更に請求項５に記載の発明については、請求項１記載の溶着チップを用い、前記溶着チップを取り付けた昇降部の降下位置を予め設定して、溶着チップが下降した時に、その突起部を被固定物の表面に食い込ませてこの食い込みの作用で被固定物側の一部を溶融し、この溶融した樹脂のうち、突起部の内側の樹脂は溶着ボス側の溶融した樹脂と融合させ、突起部の外側の溶融した樹脂は樹脂溜り内に移動させて収容するように構成したことを特徴とするものである。
このように、突起部が被固定物へ食い込む深さを定める機能を持つ熱溶着装置を用いることにより、突起部の内側では溶着ボスと被固定物の溶融した樹脂同士が融合し、突起部より外側へはみ出た余剰の樹脂は樹脂溜り内に移行してここに収容され、その結果、溶着チップの側面には回り込まない。従って、溶着チップの側面に溶融した樹脂が付着することがないため、溶着チップを容易に離脱できる。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１〜５に記載の発明によると、溶着チップ及びそれを用いた熱溶着装置において、次のような効果が得られる。
ａ．当接面における凹部の周縁に成形品へ食い込む為の当接面より突き出た突起部（エッジ）を形成したことで、溶着ボスの溶融に併せて、突起部が被固定物の表面に突き刺さり、この表面の一部も溶融することができるため、溶着ボスと被固定物は、その相互の樹脂の溶融部分が融合し、その状態で固化させて溶着するので、双方の密着性が高まり安定した固定となる。
ｂ．溶着チップにおける突起部の外側にはみ出た溶融樹脂を、当接面と被固定物との間に生じた所謂樹脂溜りにためることで、チップの側面に溶融樹脂が付着することなく、チップを離す時綺麗に、かつスムーズに離すことが出来る。
ｃ．溶着チップの当接面に溶着ボスの先端が収まる底面段部を形成したことにより、熱が溶着ボスの中心まで素早く伝わり、偏りなく十分にボスを短時間で溶融することができる。その為、それが固化したカシメ部の形成が均一になり、その結果溶着強度が向上すると共に、カシメ作業の能率化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の溶着チップ及びそれを用いた熱溶着装置は、溶着チップに対し同心円軸上であり、外周より内側でかつ凹部の周囲に先端が鋭利な形状の突起部を設けると共に、前記突起部の外周面に樹脂溜りを設ける。また、当接面の凹部の底面に溶着ボスの先端が収まる底面段部を形成し、公知の手段（工程）で溶着を行い、成形品に被固定物を固定するものである。
次に、本発明の実施例を各図に基づいて詳細に説明する。
【実施例１】
【００１２】
本実施例１は、請求項１、請求項２、請求項４及び請求項５に記載した発明に対応する実施例である。
まず、溶着チップについて図１（ａ）〜（ｄ）を用いて説明する。図１（ａ）は溶着チップの側面図、図１（ｂ）は溶着チップの正面図、図１（ｃ）は溶着チップの平面図、図１（ｄ）は（ｃ）のＡ−Ａ部断面図である。
溶着チップ２１の当接面２２には、溶着時に被固定物５１の表面に食い込んでこの食い込んだ部分を溶融するための突起部２３が設けてある。また、溶着ボス６２の溶融終了後、溶着チップ２１を冷却するために冷却エアー３１を吹きかけ、そのエアーを逃すためのスリット２６が溶着チップ２１の胴体部に２箇所対称位置に設けてある。
【００１３】
更に詳しく溶着チップ２１について説明すると、溶着チップ２１の材料にはステンレス（ＳＵＳ）を用いた。また、溶着チップ２１は大径部２１ａとこの先に小径部２１ｂが形成してあり、小径部２１ｂの直径Ｌ１は９ｍｍである。さらに、小径部２１ｂの先端面に形成した当接面２２には、溶着チップ２１と同心であって、その直径Ｌ２が７ｍｍ、そして高さＨが０．４ｍｍの断面山形から成る突起部２３がリング状に形成されている。なお、突起部２３の断面形状を山形（三角形）にしたことにより、先端形状を鋭利にして被固定物５１の表面に食い込みやすい効果を得ている。
山形の突起部２３の外側の稜線は、小径部２１ｂの側面まで続き、いわゆる縁取りを行った形状となっていて、ここに樹脂溜り２４を得ている。突起部２３の内側はお椀形にへこんだ凹部２５が形成されており、この凹部２５は溶着ボス６２を溶融してカシメ部６４を形成するところである。
なお、本実施例では突起部２３の形状をリング状としたが、リング状である輪が分断されて複数からなる集合的な突起部２３でも構わない。
【実施例２】
【００１４】
次に図２を用いて実施例１の溶着チップ２１を組み込んだ熱溶着装置１について説明する。図２は溶着チップ２１を組み込んだ熱溶着装置１の端面図であって、熱溶着装置１の構成は、溶着チップ２１を発熱させるため溶接等で接続された一対の電線４１、ボス溶融後に溶着チップ２１を冷却するためにエアーを通すエアーパイプ４２、支持部材４３、カバー４４からなる。この溶着装置１は、昇降装置に取り付けられていて、溶着チップ２１の当接面２２はお椀形形状をしており、この当接面２２の外には、突起部２３から外周側面へ延びる縁取りがしてあり、ここに樹脂溜り２４が形成されている。この樹脂溜り２４には溶着ボス６２の溶着時、突起部２３の外側で溶融した被固定物側の樹脂５２が溜まり、その結果溶着チップ２１の側面に樹脂が付着することを防止できるので、溶着した後に溶着チップ２１が被固定物５１から離れにくくなるのを防ぐことができる。
【実施例３】
【００１５】
次に実施例２で説明した熱溶着装置１を用いた溶着方法について図３（ａ）〜（ｄ）を用いて説明する。なお、成形品６１及び被固定物５１とも樹脂材料にはABS樹脂を用いた。まず図３（ａ）のように成形品６１に一体成形された溶着ボス６２を被固定物５１に形成された固定穴９１へ挿通させて、溶着ボス６２の先端を被固定物５１の表面から突き出させる。次に図３（ｂ）のように熱溶着装置１を下降させて溶着チップ２１の当接面２２を溶着ボス６２の先端へ適宣な押し圧で押し付け保持しながら一対の電線４１に電源装置（図示せず）から電圧を印加すると電気抵抗により溶着チップ２１は発熱し、溶着ボス６２を加熱する。更に、図３（ｃ）のように樹脂の溶融温度に達すると溶着ボス６２は押し圧力で潰されると共に、溶融部６３としてお椀形の凹部２５全体に充満されはじめる。さらに、熱溶着装置１を押し進めると当接面２２に形成された突起部２３が被固定物５１に食い込みはじめる。
熱溶着装置１の降下位置は事前に設定してあり、その降下位置は突起部２３が被固定物５１の表面に食い込み、更に樹脂溜り２４と被固定物５１の表面との間に空隙が出来る値を選ぶ。本実施例では図４に示す溶着チップ２１の要部拡大図に示すように、突起部２３の高さＨが０．４ｍｍであるので、食い込み値Ｔを０．１〜０．２ｍｍとし、その位置まで熱溶着装置１が下降するように制御装置（図示せず）を予め設定しておいた。
【００１６】
凹部２５内部においては、食い込んだ突起部２３の内周辺部分の溶融した樹脂と、溶着ボス６２の溶融した樹脂とがその熱で融合する。ここを融合部７１と称する。また、突起部２３の外側において溶融した被固定物５１側の樹脂５２は、樹脂溜り２４と被固定物５１との間の空隙に溜まり、その結果、溶着チップ２１の側面に溶融した樹脂が付着するのを防ぐことができる。設定された溶融工程時間が経過した後、電圧の印加を止めると同時に、溶着チップ２１にエアーパイプ４２から図３（ｃ）に示すように冷却エアー３１が供給され、さらに噴出された冷却エアー３１は溶着チップ２１を内部から冷却した後、スリット２６から外部へ放出される。この冷却エアー３１で溶着チップ２１の当接面２２が冷却され、溶融部６３の樹脂が固化すると、冷却エアー３１の供給を止め、熱溶着装置１を上昇させる。その結果、図３（ｄ）に示すようにカシメ部６４が形成され、成形品６１へ被固定物５１が固定される。また、融合部７１を形成したことにより、成形品６１と被固定物５１との密着性が高まり安定した固定となる。
【実施例４】
【００１７】
次に図５を用いて請求項２に記載した発明に対応する実施例を説明する。図５は熱溶着装置１へ本実施例４で説明する溶着チップ２１を組み合わせた端面図である。熱溶着装置１は、溶着チップ２１を発熱させるための電線４１、ボス溶着後に溶着チップ２１を冷却するためにエアーを通すエアーパイプ４２、支持部材４３からなる。溶着チップ２１の当接面２２はお椀形状をしており、突起部２３の外周へ樹脂溜り２７が形成されている。更に、この樹脂溜り２７の外側には、樹脂止め２７ａが形成してあり、ボス溶着時、突起部２３の外側において溶融した樹脂５２は樹脂溜り２７内に溜まり、更に樹脂止め２７ａでカシメ部の形状が整えられているので、溶着後のカシメ部の形状が均一になりかつ綺麗になる効果が得られる。また、溶着チップ２１の側面に樹脂が付着して、被固定物５１から溶着チップ２１が離れにくくなるのを防ぐことができる。
【実施例５】
【００１８】
次に図６（ａ）〜（ｄ）を用いて実施例４の溶着チップ２１を用いた溶着工程について説明する。成形品６１と被固定物５１に用いた樹脂は実施例３と同一である。溶着工程について説明すると、図６（ａ）〜（ｂ）の工程内容は実施例３と同様である。次に、図６（ｃ）のように樹脂の溶融温度に達すると、溶着ボス６２は押し圧力で潰されると共に、溶融部６３としてお椀形の凹部２５全体に充満され始める。さらに、突起部２３が被固定物５１の表面に食い込み、この食い込んだ部分周辺が溶融し、この溶融した樹脂と溶着ボス６２の溶融した樹脂とがその熱で融合する。突起部２３の外側で溶融した樹脂５２は、突起部２３の外周に形成された樹脂止め２７ａの作用で樹脂溜り２７の部分に溜まり、形が整えられ、併せて溶着チップ２１の側面に溶融した樹脂が付着するのを防ぐ。設定された溶融工程時間が経過した後、電圧の印加を止めると同時に加熱された溶着チップ２１内にエアーパイプ４２から図６（ｃ）に示すように冷却エアー３１が供給され、さらに噴出された冷却エアー３１は、溶着チップ４１の内部を冷却した後、スリット２６から外部へ放出される。溶着チップ２１の当接面２２が冷却されて溶融部６３の樹脂が固化すると、冷却エアー３１の供給を止め、熱溶着装置１を上昇させて逃がす。その結果、図６（ｄ）に示すようにカシメ部６４が形成され、成形品６１へ被固定物５１が固定される。
【実施例６】
【００１９】
次に図７を用いて請求項３に記載した発明に対応する実施例を説明する。図７は本実施例６の熱溶着装置１の端面図である。熱溶着装置１は、次に説明する溶着チップ２１を発熱させるための電線４１、ボス溶着後に溶着チップを冷却するためにエアーを通すエアーパイプ４２、支持部材４３、カバー４４からなる。この溶着チップ２１には、当接面２２に形成された凹部２５の底面に、更に溶着ボス６２の先端が収まる底面段部８２が形成されている。本実施例では、底面段部８２の直径Ｌ３は５ｍｍで、底面段部８１（突起部２３の直径）Ｌ２は７ｍｍである。このような形状とすることによって、溶着時、溶着ボス６２の先端部が底面段部８２内に収まり、接触面が大きくなることから、短時間に溶着ボス６２の中心部まで十分に溶融させることができる。また、当接面２２においては、突起部２３から外周側面に樹脂溜り２４が形成されている。ボス溶着時、突起部２３の外側で溶融した樹脂５２は樹脂溜り２４部分に溜まり、溶着チップ２１の側面に樹脂が付着し、被固定物５１から離れにくくなるのを防ぐ。
【実施例７】
【００２０】
次に図８（ａ）〜（ｄ）を用いて実施例６の溶着チップ２１を用いた熱溶着装置１による溶着工程を説明する。図８（ａ）〜（ｂ）の工程は実施例３及び実施例５と同様である。溶着チップ２１の当接面２２を溶着ボス６２へ被せるように押し付けると、溶着チップ２１における底面段部８２の部分に溶着ボス６２の先端が収まり、且つスペースが底面段部８２部分より接近した状態になり、溶着チップ２１の熱をより多く溶着ボス６２に伝えることが可能になる。図８（ｃ）のように樹脂の溶融温度に達すると溶着ボス６２は押し圧力で潰されると共に、溶融部６３として複数段となっている凹部２５全体に充満され始める。さらに、突起部２３が被固定物５１の表面に食い込み、食い込んだ部分の周辺が溶融し、溶着ボス６２の溶融した樹脂とがその熱で融合する。突起部２３の外側で溶融した樹脂５２は、突起部２３の外周に形成された樹脂溜り２４と被固定物５１間に形成された樹脂溜り２４内に溜まり、溶着チップ２１の側面に溶融した樹脂が付着するのを防ぐ。設定された溶融工程時間が経過した後、電圧の印加を止めると同時に加熱された溶着チップ２１にエアーパイプ４２から図８（ｃ）に示すように冷却エアー３１が供給され、さらに噴出された冷却エアー３１は溶着チップ２１内部を冷却した後、スリット２６から外部へ放出される。溶着チップ２１の当接面２２が冷却され溶融部６３の樹脂が固化すると、冷却エアー３１の供給を止め、熱溶着装置を上昇させる。その結果、図８（ｄ）に示すようにカシメ部６４が形成され、成形品６１と被固定物５１が固定される。
【００２１】
［比較例１］
比較例として従来の熱溶着装置について説明する。成形品６１と被固定物５１は実施例１と同一である。図９は従来のボス溶着部の端面図である。従来の熱溶着装置１に用いた溶着チップ２１の当接面２２の形状はお椀形であり、被固定物５１の表面と接する当接面２２の周囲の部分２２ａはフラットなかたちになっている。樹脂の溶融温度に達すると溶着ボス６２は押し圧力で潰されると共に、溶融部６３としてお椀形の当接面２２全体に充満される。但し、被固定物５１の表面と接する周囲の部分２２ａは、被固定物５１と接するだけで、その表面に突き刺さった状態とはなっていない。この時、お椀形のチップ当接面２２の周面の部分２２ａと被固定物５１との隙間から、溶融した溶着ボス６２側の樹脂５２がはみ出し、この樹脂５２は図１０に示すように溶着チップ２１の側面に付着し、溶着装置１の冷却が終了し、上昇させて離脱させようとしてもスムーズに離れず、また、無理に離脱させると樹脂５２の部分にクラック等が発生して見栄えが悪くなった。また、溶融した固定物６１は被固定物５１と融合していないため、被固定物５１が回転したり、ガタツキが生じたりしていた。又、溶着強度も本発明溶着チップ２１を使用してカシメ止めした時に比較して弱い。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】実施例１による溶着チップで、（ａ）は溶着チップ側面図、（ｂ）は溶着チップ正面図、（ｃ）は溶着チップ側面図、（ｄ）は（ｃ）のＡ−Ａ断面図。
【図２】実施例１による溶着チップを組み込んだ熱溶着装置の端面図。
【図３】（ａ）〜（ｄ）は、実施例２による熱溶着装置を用いた実施例３の溶着作業の説明図。
【図４】実施例３による溶着チップ当接面と溶着ボス溶融時の拡大図。
【図５】実施例４による熱溶着装置の端面図。
【図６】実施例４（ａ）〜（ｄ）は、熱溶着装置を用いた実施例５の溶着作業の説明図。
【図７】実施例６に示す当接面に形成された段複数段の溶着チップを組み合わせた熱溶着装置の端面図。
【図８】（ａ）〜（ｄ）は、実施例６による熱溶着装置を用いた実施例７の溶着作業の説明図。
【図９】比較例１の熱溶着装置を用いて溶着する説明図。
【図１０】比較例１における余剰の溶着樹脂が溶着チップの側面に付着した説明図。
【符号の説明】
【００２３】
２１  溶着チップ
２２  当接面
２３  突起部
２４  樹脂溜り
２５  凹部
２６  スリット
２７  樹脂溜り
３１  冷却エアー
４１  電線
４２  エアーパイプ
４３  支持部材
４４  カバー
５１  被固定物
５２  はみ出した樹脂
６１  成形品
６２  溶着ボス
６３  溶融部  
６４  カシメ部
７１  融合部
８１  開口段部
８２  底面段部
９１  固定穴
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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